Chapitre 3 les glucides 2

POLYPREPAS
Chapitre 3
Les glucides (2)
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POLYPREPAS
AIR
(EAU)
H2O
ENERGIE
SOLAIRE
H2O
CO2
CO2
PHOTOSYNTHESE
GLUCIDES
C6H12O6
LIPIDES
PROTEINES
VEGETAL
SOL
AZOTE
GLUCIDES
LIPIDES
CO2 + H2O
PROTEINES
ANIMAL
ENERGIE
AZOTE
Les animaux qui ne peuvent réaliser la synthèse des oses à partir des composés
élémentaires, CO2 et H2O, sont en grande partie dépendants des végétaux pour
leur approvisionnement en glucides.
Cependant, il existe, en particulier chez l'homme, une possibilité de:
- synthèse de glucose à partir de quelques composés de nature non glucidique
(notamment certains acides aminés ou intermédiaires métaboliques comme le
lactate ou le pyruvate) = néoglucogénèse
- conversion entre oses (ex. Glucose 6-phosphate <---> Fructose 6-phosphate;
Glucose 6-phosphate ---> Ribose 5-phosphate).
2
Triose
1- TRIOSES
Le glycéraldéhyde (aldotriose) et la dihydroxyacétone (cétotriose) sont surtout
rencontrés en biologie sous forme phosphorylée au niveau de la fonction alcool
primaire. Tous les deux sont produits au cours du catabolisme du glucose (voie
de la glycolyse anaérobie) par scission d'un hexose phosphorylé, le Fructose 1-6
diphosphate.
3
Triose
NADH,H +
CH2OH
CO
CH2O-
P
CH2O-
P
O
Aldolase
CH2O-
Acides gras
NAD
CH2OH
TRIGLYCERIDES
PHOSPHOLIPIDES
HO - C - H
P
CH2O-
P
L-Glycérophosphate
3-phospho dihydroxy-acétone
OH
OH
OH
Fructose 1-6-diphosphate
O
COOH
C- H
Oxydation
CHOH
CH2O-
C=O
P
Glycéraldéhyde 3-phosphate
Acétyl-CoA
Cycle de KREBS
Chaine respiratoire
CH3
Acide pyruvique
ENERGIE
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Pentoses
CH2OH
O
CH2OH
OH
OH
OH
béta - D - Ribofuranose
O
OH
OH
béta - D - 2 Désoxyribofuranose
2- PENTOSES
Le RIBOSE est un aldopentose qui, sous sa forme b -D-ribofuranose, entre dans
la composition de molécules biologiques comme les acides nucléiques (ARN =
acide ribonucléique), certains coenzymes d'oxydo-réduction (NAD, FAD,
NADP,...), des constituants servant de "piles" énergétiques comme l'ATP.
Le 2-DESOXYRIBOSE est présent dans l’ADN.
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Hexoses
3- HEXOSES
GLUCOSE (Glc)
Largement répandu dans la nature, cet aldohexose est le principal ose utilisé par les cellules de
l'organisme; certaines, comme les globules rouges et à un moindre degré les cellules du cerveau,
dépendent totalement du glucose pour leur approvisionnement en énergie.
Selon les besoins du moment et selon les organes, le glucose peut être métabolisé afin de:
produire de l'énergie, selon la réaction globale:
C6H12O6 + oxygène -> -> -> -> -> 6 CO2 + 6 H2O + Energie
- constituer des réserves énergétiques soit sous forme de glycogène, molécule de réserve du
monde animal (voir plus loin pour la structure), soit après transformation métabolique, sous forme
de lipides au niveau du tissu adipeux
- permettre la production de certaines molécules ayant des rôles biologiques particuliers (ex.
acide glucuronique; NADP réduit formé lors de l'oxydation du glucose par la Glucose 6-phosphate
deshydrogénase; dérivé du ribose nécessaire à la synthèse des acides nucléiques,...).
Chez le sujet normal, le taux sanguin de glucose (= glycémie) est de l'ordre de 5 mmol/l
(équivalent à 1 g/l); ce taux est augmenté en cas de diabète d'origine pancréatique (anomalie de
la production d'insuline). La glycémie est sous la dépendance de facteurs hormonaux régulateurs
qui ont un effet:
- soit hypoglycémiant (insuline principalement) par contrôle de la pénétration du glucose dans les
cellules et de son utilisation intracellulaire
- soit hyperglycémiant en favorisant l'utilisation des réserves (ex. glucagon, adrénaline) ou en
stimulant la synthèse de glucose à partir de composés non glucidiques (ex. glucocorticoïdes).
Le glucose libre (c'est à dire non lié à d'autres molécules, qu’il s’agisse d’autres glucoses,
d’autres glucides ou des molécules non glucidiques) est très peu répandu dans l'alimentation,
même les fruits ou le miel n'en contiennent que de faibles quantités
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Galactose
GALACTOSE (Gal)
Il peut être utilisé dans l'organisme à des fins énergétiques, son métabolisme
rejoignant celui du glucose, mais c'est surtout un constituant de la structure de
molécules plus complexes (glycoprotéines, glycolipides). La principale source
alimentaire de galactose chez l'homme est le lactose (constitué par liaison de
glucose et de galactose) qui est présent dans le lait.
FRUCTOSE
Ce cétose, isomère du glucose, se cyclise principalement sous forme furane. Le
sang n'en contient que des traces; par contre, le plasma séminal en renferme de
grandes quantités, les spermatozoïdes l'utilisant comme aliment énergétique.
Son métabolisme peut rejoindre celui du glucose (il sert donc de source
énergétique).
On trouve du fructose libre dans l'alimentation: surtout fruits (par exemple pour
100 g de fruit: ananas 1,4 g, pomme 7 g, fruits secs 15 à 35g), miel 40g, mais
aussi maïs, soja, cidre, bière,....
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OSIDES
• Oligosides: 2 à 10 oses
• Polyosides: plus de 10 oses
LES OSIDES
1 . Structure
A . NATURE DES COMPOSANTS
Les osides sont constitués par création d'une liaison osidique entre un ose engagé par sa fonction
réductrice et une autre molécule qui peut être de nature:
GLUCIDIQUE ==> FORMATION D'HOLOSIDES
Le carbone anomérique du premier ose réagit avec n'importe lequel des groupements -OH du
deuxième ose (- OH d’une fonction alcool ou - OH de la fonction hémiacétal apparu lors de la
cyclisation).
En fonction du nombre de molécules d'oses (ou de dérivés d'oses) liées, on distingue:
- les OLIGOSIDES ou oligosaccharides (= 2 à 10 oses liés) parmi lesquels on distingue les
disaccharides (= 2 oses): ex. saccharose (glucose + fructose), lactose (glucose + galactose),
maltose (glucose + glucose),...
- les POLYOSIDES ou polysaccharides (= plus de 10 oses liés, le nombre pouvant être
extrêmement élevé -plusieurs milliers-): ex. polyosides de réserve comme l'amidon ou le
glycogène et polyosides de structure comme la cellulose (ces trois composés sont des polymères
de glucose).
Si tous les oses liés sont identiques, on parle d'homopolyosides et s'ils sont différents,
d'hétéropolyosides.
Contrairement aux protéines qui possèdent une séquence primaire bien définie et un nombre
précis d'acides aminés, la plupart des polyosides n'ont pas une structure très fixe: pour un type de
molécule donné, la nature des oses est définie, mais le nombre de molécules d'oses associées
est variable : ex. le poids moléculaire du glycogène n’est pas fixe, car il varie au cours du temps
(après un repas, les réserves se constituent, la « taille » de la molécule augmente; en période de
jeûne, on puise dans les réserves, la taille diminue).
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Hétérosides
Digitale pourpre riche en
hétérosides cardiotoniques
qui stimulent la contraction
cardiaque.
NON GLUCIDIQUE ==> FORMATION D'HETEROSIDES
La partie non glucidique, qui peut être de nature très variée, est désignée sous le
terme général d'aglycone. Au sens large, il peut s'agir de protéine ou de lipide;
cependant, le terme d'aglycone est plutôt réservé à des molécules de petite taille
qui ne sont ni des lipides ni des protéines. Glycolipides et glycoprotéines sont
classés à part dans une catégorie spéciale: les glycoconjugués.
Les propriétés biologiques des hétérosides sont très variées (ex. la digoxine,
extraite de la digitale, est utilisée dans le traitement de certains troubles
cardiaques; elle est constituée par liaison d'un trisaccharide avec une molécule
de type stéroïde, la digoxigénine).
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Maltose et lactose
2 . Principaux osides
A . DISACCHARIDES
MALTOSE
C'est l'a - D - Glucopyranosyl 1 - 4 D - Glucopyranose. La fonction portée par le
carbone 1 du glucose de droite étant libre:
- le maltose possède un pouvoir réducteur
-la position de cette fonction n'est pas fixée définitivement, le -OH peut être en
dessous du plan (a) ou au dessus (b ); il existe d'ailleurs un équilibre entre les
deux formes a et b .
-Il est présent à l'état libre dans quelques végétaux, mais c'est surtout un des
produits libérés lors de l'hydrolyse enzymatique des polyosides alimentaires
(principalement de l'amidon) au niveau du tube digestif. Dans l'intestin, le maltose
libéré est hydrolysé en 2 molécules de glucose par une a-glucosidase spécifique
présente dans la bordure en brosse des cellules qui tapissent la paroi intestinale.
Le glucose libéré est ensuite absorbé et passe dans le sang
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Lactose et saccharose
LACTOSE
C'est le b - D - Galactopyranosyl 1 - 4 D - Glucopyranose. Le lactose possède
un pouvoir réducteur.
Disaccharide d'origine animale, présent dans le lait de tous les mammifères, il est
le moins sucré des disaccharides (6 fois moins que le saccharose). Il constitue la
principale source alimentaire de galactose pour l'homme. Une b galactosidase
présente au niveau des cellules de la paroi intestinale assure son hydrolyse en
libérant du glucose et du galactose qui sont absorbés et passent dans le sang.
Au cours de la fabrication des fromages ou des yaourts, le lactose est dégradé
en acide lactique; si le lait est riche en lactose, le fromage lui n'en contient que
très peu.
SACCHAROSE
La liaison s'établit entre le carbone porteur de la fonction réductrice d'un a-Dglucose et celui porteur de la fonction réductrice d'un b -D-fructose: c'est donc le
a-D-Glucopyranosyl 1 - 2 b -D-Fructofuranoside. Les deux carbones
anomériques étant engagés, le saccharose n'a donc pas de pouvoir réducteur.
"Sucre" du commerce, c'est le disaccharide d'origine végétale le plus abondant
dans la nature.
CELLOBIOSE
C'est le b - D - Glucopyranosyl 1 - 4 D - Glucopyranose. Produit de dégradation
de la cellulose, il diffère du maltose par la configuration anomérique b de la
liaison osidique.
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Amidon
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
O
OH
O
O
OH
OH
O
O
OH
CH2OH
O
O
OH
OH
O
OH
O
OH
OH
Amylose (liaison alpha 1 - 4)
CH2OH
CH2OH
O
CH2OH
O
O
OH
OH
O
OH
O
liaison alpha 1-6
O
O
OH
OH
CH2OH
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
O
OH
O
OH
CH2OH
O
OH
O
OH
CH2
O
OH
O
OH
OH
O
OH
O
OH
O
OH
Amylopectine (liaison alpha 1 - 4 et liaison alpha 1 - 6)
B . HOMOPOLYOSIDES
Ces polymères homogènes ne renfermant qu'un seul type d'ose, sont très largement répandus
dans la nature puisqu’ils représentent la plus forte proportion dans la biomasse. Ils jouent un rôle:
soit de réserve énergétique (amidon et glycogène); la taille de ces molécules varie selon "l'état
nutritionnel" de l'organisme qui les contient
soit de constituant de structure (cellulose).
AMIDON
Importante réserve glucidique du monde végétal et principale source glucidique alimentaire chez
l'homme, l'amidon est stocké chez les végétaux sous forme de granules à l'intérieur des cellules.
Bien que constitué de molécules de glucose, l'amidon n'est pas totalement soluble dans l'eau
(formation d’empois d'amidon).
C'est un mélange de deux types de polymères de l’a-D-Glucose puisqu'il est composé d':
-amidon linéaire ou amylose qui représente environ 20% de l'ensemble; les a-glucoses (200 à
2000 ou plus) sont liés entre eux par des liaisons a1-4 formant ainsi de longues chaînes
linéaires
-- amidon ramifié ou amylopectine qui représente 80% de l'ensemble de l'amidon et dont le poids
moléculaire peut aller jusqu'à 2.000.000. Il possède une forme arborescente: des chaînes
linéaires constituées de glucoses liés par des liaisons a 1-4 , sont "branchées" sur une chaîne
linéaire plus longue (1 branchement tous les 20 à 25 glucoses) par liaison entre le carbone 1 du
glucose situé à l'extrémité réductrice d'une chaîne linéaire et le carbone 6 d'un glucose inclus
dans une chaîne linéaire plus longue.
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Amidon et glycogène
Liaison α 1-6
Comme il existe deux sortes de liaisons, a 1-4 et a 1-6, deux types d'enzymes
sont nécessaires pour réaliser le « découpage » de la molécule d'amidon lors de
la digestion:
- des a-amylases ; ces endoglucosidases hydrolysent les liaisons osidiques a 1-4
au cœur de la chaîne polysaccharidique libèrant ainsi des fragments osidiques
de taille variable constitués de:
- 2 glucoses, autrement dit du maltose
- 3 glucoses, autrement dit du maltotriose
- jusqu'à 7 ou 8 glucoses associés par liaisons a 1-4 mais aussi a 1-6,
comportant donc un branchement; ces fragments sont appelés dextrines.
Les amylases proviennent soit des glandes salivaires (action au niveau de la
bouche), soit du pancréas (action au niveau du duodénum).
- des a 1-6 glucosidases
L’action des amylases est gênée par la présence d'un branchement. L’hydrolyse
des liaisons a 1 - 4 liant les glucoses dans les zones proches des branchements
ne peut se poursuivre qu’après coupure des liaisons a 1 - 6; l’intervention d’un
autre type d’enzyme ("enzyme débranchante" ou amylo a 1 - 6 glucosidase) est
donc nécessaire à la dégradation plus complète de l’amidon.
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Gmycogène
GLYCOGENE
Il possède à peu près la même structure que l'amylopectine, mais est présent chez les animaux
où il constitue la réserve énergétique glucidique (au niveau du foie et des muscles
principalement). Il peut représenter jusqu'à 10% de la masse du foie et 1% de celle des muscles,
ce % variant en fonction de l'état nutritionnel du sujet.
L'apport alimentaire en glycogène est très faible comparé à celui d'amidon, et cela même chez les
personnes consommant de la viande (donc du muscle, donc théoriquement du glycogène); en
effet, le glycogène est très vite dégradé lors de la conservation dans la viande de boucherie.
Chez l’homme, l'utilisation des réserves de glycogène musculaire et hépatique nécessite la mise
en oeuvre de plusieurs types d'enzymes dont:
une phosphorylase qui coupe les liaisons a 1 - 4 en commençant par l'extrémité non réductrice de
la chaîne; elle libère du Glucose 1-phosphate qui s'isomérise ensuite en Glucose 6-phosphate
une a 1-6 glucosidase pour couper les branchements et permettre la reprise de l'activité de la
phosphorylase.
Attention: la digestion intestinale de l'amidon d'origine alimentaire et la libération de glucose à
partir du glycogène stocké dans les tissus (glycogénolyse) ne font pas intervenir les mêmes
enzymes, ni les mêmes mécanismes et ne se déroulent pas au même endroit.
La glycogénolyse est sous la dépendance d'hormones comme l'insuline (elle inhibe l'hydrolyse du
glycogène) ou l'adrénaline (elle active l'hydrolyse).
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Cellusoe
CH2OH
CH2OH
O
O
OH
O
O
OH
CH2OH
OH
OH
O
OH
CH2OH
O
O
O
OH
CH2OH
OH
O
O
OH
OH
O
OH
Cellulose
CELLULOSE
Constituée par association de 300 à 15.000 molécules de b D-glucose liées entre
elles par des liaisons b 1-4, elle se présente sous la forme de longues chaînes
linéaires.
C'est l'élément de soutien de la paroi des cellules végétales, et à ce titre, le
composé le plus abondant dans la biomasse. Ce n'est pas un polysaccharide de
réserve, mais un polysaccharide de structure. La salade et les légumes verts
sont riches en cellulose.
Comme l'homme ne possède pas d'enzymes digestives capables de couper les
liaisons b 1-4, la cellulose n'est pas hydrolysée, les molécules de glucose qui la
composent ne sont pas libérées, et donc pas absorbées au niveau intestinal. La
cellulose est ainsi éliminée dans les selles. Elle ne constitue pas chez l'homme
un aliment énergétique, mais est considérée comme un modérateur non
énergétique de la faim.
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Hetropolyosides
C . HETEROPOLYOSIDES (à ne pas confondre avec les hétérosides)
L'hydrolyse de ces composés libère plusieurs types d'oses (ou de dérivés d'oses)
différents.
Une catégorie particulière d'hétéropolyosides est représentée par les
glycosaminoglycanes qui sont des polyosides composés d'acides uroniques et
d'osamines
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FIN
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